CN114517993B - 卧式管壳式换热器及换热机组 - Google Patents

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CN114517993B CN202210119880.9A CN202210119880A CN114517993B CN 114517993 B CN114517993 B CN 114517993B CN 202210119880 A CN202210119880 A CN 202210119880A CN 114517993 B CN114517993 B CN 114517993B
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Abstract

本申请涉及换热器技术领域，公开一种卧式管壳式换热器，包括：机壳，内部设有多个换热管，且其一端的底部设有冷媒入口；分配组件，设置于所述机壳内，包括第一孔板；所述第一孔板将所述机壳的内部分隔为第一间室和第二间室，且所述冷媒入口位于所述第一间室内，所述换热管设置于所述第二间室内；扰流组件，包括喷射部和扰流部；所述喷射部设置于所述冷媒入口；所述扰流部设置于所述第一间室内；其中，所述第一孔板开设有多个第一节流孔，所述第一间室内的冷媒通过多个所述第一节流孔进入所述第二间室的换热管。这样多个换热管内的气液两相的冷媒均匀分布，提高了换热效率。本公开实施例还提供了一种换热机组。

Description

卧式管壳式换热器及换热机组
技术领域
本申请涉及换热器技术领域，例如涉及一种卧式管壳式换热器及换热机组。
背景技术
管壳式换热器由于其结构简单、换热效率高等优点，常作为中央空调器机组的蒸发器或冷凝器。管壳式换热器作为蒸发器时，气液两相混合的冷媒通入管壳式换热器，此时需要将气液两相的冷媒均匀地分配至多个换热管中，否则将导致多个换热管之间的换热情况出现差异，影响管壳式换热器的整体换热效率。
现有技术公开了一种管壳式换热器用冷媒均流装置，其特征在于，包括入口管、端盖板、一级分配器、二级分配器、管板以及换热管；其中，一级分配器一侧设置有端盖板，一级分配器另一侧设置有二级分配器，二级分配器的一侧设置有管板，管板上设置有换热管；一级分配器靠近端盖板的侧壁上加工有一级十字分配流道，入口管穿过端盖板与一级十字分配流道相连通；二级分配器靠近一级分配器的侧壁面上加工有二级十字分配流道；二级十字分配流道，二级十字分配流道的每个流道末端均沿着二级分配器厚度方向开设有二级长直流道，二级长直流道与十字分配流道相连通。
在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：
虽然通过一级分配器和二级分配器对应的分配流道对冷媒进行逐级分流，但是气液两相的冷媒在分配流道中流通时，在重力作用下液态冷媒多分布在流道的下部、气态冷媒多分布在流道的上部。随着逐级分流，换热器的下部换热管内液态冷媒偏多、上部换热管内的气态冷媒偏多，最终导致换热器整体换热不均匀，降低了换热效率。
发明内容
为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。
本公开实施例提供一种卧式管壳式换热器及换热机组，以解决换热管内气液两相的冷媒分布不均匀的问题。
在一些实施例中，所述卧式管壳式换热器包括：
机壳，内部设有多个换热管，且其一端的底部设有冷媒入口；
分配组件，设置于所述机壳内，包括第一孔板；所述第一孔板将所述机壳的内部分隔为第一间室和第二间室，且所述冷媒入口位于所述第一间室内，所述换热管设置于所述第二间室内；
扰流组件，包括喷射部和扰流部；所述喷射部设置于所述冷媒入口，用以将气液两相的冷媒喷入所述第一间室；所述扰流部设置于所述第一间室内，用以扰动喷入所述第一间室的冷媒气流使其均匀混合；
其中，所述第一孔板开设有多个第一节流孔，所述第一间室内的冷媒通过多个所述第一节流孔进入所述第二间室的换热管。
可选地，所述分配组件还包括：
第二孔板，设置于所述第二间室内，且开设有多个第二节流孔；所述第二孔板将所述第二间室分隔为匀流空间和安装空间；
其中，所述匀流空间通过所述第一节流孔与所述第一间室相连通；多个所述换热管设置于安装空间内，且每一所述换热管的入口与一个所述第二节流孔相连通；所述匀流空间内的冷媒通过多个所述第二节流孔后达到临界声速并进入对应的所述换热管，从而以雾状流型或环状流型在所述换热管内流通。
可选地，所述第二节流孔的孔径小于所述第一节流孔的孔径。
可选地，多个所述第一节流孔沿圆周方向开设于所述第一孔板；和/或，
多个所述第二节流孔沿圆周方向开设于所述第二孔板。
可选地，每一所述换热管的入口处的管段内套有一个分流毛细管。
可选地，所述第一孔板和所述第二孔板均竖向设置于所述机壳内。
可选地，所述扰流部包括：
多个扰流凸起，设置于所述第一孔板的避让所述第一节流孔的板面上，和/或，设置于所述机壳的与所述第一孔板相对的内壁上。
可选地，所述扰流凸起被构造为镂空的凸起。
可选地，所述喷射部包括：
扩缩喷嘴，其喷嘴端设置于所述冷媒入口内。
在一些实施例中，所述换热机组包括上述任一实施例所述的卧式管壳式换热器。
本公开实施例提供的卧式管壳式换热器及换热机组，可以实现以下技术效果：
气液两相的冷媒通过喷射部从冷媒入口喷入第一间室内，通过喷射的方式可避免由于重力作用而导致液态的冷媒在第一间室的下部分布过多的情况。同时，通过扰流部扰动第一间室的冷媒气流后，喷出的气液两相的冷媒在第一间室内得到均匀且充分的混合。第一间室内得到均匀混合后的冷媒通过第一节流孔进入第二间室的多个换热管内。这样多个换热管内的气液两相的冷媒均匀分布，减少出现部分换热管液态冷媒分布过多或气态冷媒分布过多的情况，进而使热器整体换热均匀，从而提高了换热效率。
以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：
图1是本公开实施例提供的卧式管壳式换热器的结构示意图；
图2是本公开实施例提供的扰流部的结构示意图；
图3是图2的A部放大图；
图4是图2的B部放大图；
图5是本公开实施例提供的第一孔板的结构示意图；
图6是本公开实施例提供的第二孔板的结构示意图。
附图标记：
100：机壳；101：第一间室；102：第二间室；1021：匀流空间；1022：安装空间；110：第一孔板；111：第一节流孔；120：第二孔板；121：第二节流孔；130：喷射部；140：扰流部；150：换热管；151：分流毛细管。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。
本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
本公开实施例中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本公开实施例及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本公开实施例中的具体含义。
另外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开实施例中的具体含义。
除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。
术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
卧式管壳式换热器的机壳100为筒体状，且机壳100的轴线水平设置。机壳100内设置有多个换热管150，冷媒从机壳100外注入换热管150后在机壳100内进行换热。卧式管壳式换热器可以作为蒸发器或冷凝器，在作为蒸发器的情况下，气液两相的冷媒从机壳100外部注入多个换热管150中。为了使多个换热管150能够均匀换热，需要将气液两相的冷媒均匀地分配至多个换热管150中。
结合图1-6所示，本公开实施例提供了一种卧式管壳式换热器，包括机壳100、分配组件和扰流组件。其中，机壳100的内部设有多个换热管150，且其一端的底部设有冷媒入口；分配组件设置于机壳100内，包括第一孔板110；第一孔板110将机壳100的内部分隔为第一间室101和第二间室102，且冷媒入口位于第一间室101内，换热管150设置于第二间室102内；扰流组件包括喷射部130和扰流部140；喷射部130设置于冷媒入口，用以将气液两相的冷媒喷入第一间室101；扰流部140设置于第一间室101内，用以扰动喷入第一间室101的冷媒气流使其均匀混合；其中，第一孔板110开设有多个第一节流孔111，第一间室101内的冷媒通过多个第一节流孔111进入第二间室102的换热管150。
采用本公开实施例提供的卧式管壳式换热器，气液两相的冷媒通过喷射部130从冷媒入口喷入第一间室101内，通过喷射的方式可避免由于重力作用而导致液态的冷媒在第一间室101的下部分布过多的情况。同时，通过扰流部140扰动第一间室101的冷媒气流后，喷出的气液两相的冷媒在第一间室101内得到均匀且充分的混合。第一间室101内得到均匀混合后的冷媒通过第一节流孔111进入第二间室102的多个换热管150内。这样多个换热管150内的气液两相的冷媒均匀分布，减少出现部分换热管150液态冷媒分布过多或气态冷媒分布过多的情况，进而使热器整体换热均匀，从而提高了换热效率。
可选地，如图1所示，分配组件还包括第二孔板120。第二孔板120设置于第二间室102内，且开设有多个第二节流孔121；第二孔板120将第二间室102分隔为匀流空间1021和安装空间1022；其中，匀流空间1021通过第一节流孔111与第一间室101相连通；多个换热管150设置于安装空间1022内，且每一换热管150的入口与一个第二节流孔121相连通；匀流空间1021内的冷媒通过多个第二节流孔121后达到临界声速并进入对应的换热管150，从而以雾状流型或环状流型在换热管150内流通。
气液两相的冷媒在第一间室101内均匀混合后通过第一节流孔111进入匀流空间1021内，在第一节流孔111的节流作用下，冷媒降压增速在匀流空间1021内形成雾状。由于每一个第二节流孔121与一个换热管150的入口相连通，故匀流空间1021的冷媒通过多个第二节流孔121进入对应的换热管150内。随着冷媒在换热管150内流通，换热管150的管程下游的阻力较大导致气液混合的冷媒气液分离，换热效率下降。
在第二节流孔121的节流作用下，冷媒降压增速并且达到临界声速。达到临界声速的冷媒在换热管150内以雾状流型或环状流型流通。环状流型或雾状流型是一种由气体和液体组成的两相流的流型，其特点为沿管的内壁有液膜，大部分液体呈膜状沿管壁运动，而气体则在管的中心区夹带雾沫高速流通。当冷媒以雾状流型或环状流型在换热管150内高速流通时，冷媒的换热系数显著提高。
这样，在扰流组件和分配组件的作用下，本发明的卧式管壳式换热器的换热效率明显提升。为了验证换热效果，采用了市场上普通的具有分流功能的卧式管壳式换热器(第二换热器)和本发明的卧式管壳式换热器(第一换热器)进行比较，其中两者换热管150的管程相同。沿着冷媒的流动方向，将两者换热管150的管程分成四段，分别为管程1、管程2、管程3和管程4；每一管程又细分成六个区域，分别为1区、2区、3区、4区、5区和6区。
具体的换热效果的数据如表1和表2所示。
第二换热器 1区 2区 3区 4区 5区 6区
管程1换热系数 2088.73 2128.02 2145.04 2517.56 2784.28 3003.50
管程2换热系数 4381.24 4054.28 3742.73 3524.09 3318.64 3137.39
管程3换热系数 4844.27 5285.89 5607.07 5888.14 6095.25 6275.77
管程4换热系数 1316.40 1436.61 1559.44 1681.22 1772.10 6175.63
表1
第一换热器 1区 2区 3区 4区 5区 6区
管程1换热系数 2465.65 2508.08 2597.87 3029.05 3352.36 3639.99
管程2换热系数 5454.14 5030.94 4641.95 4336.26 4063.32 3855.62
管程3换热系数 5994.66 6475.75 6840.33 7096.53 7268.64 7341.53
管程4换热系数 1454.80 1551.37 1651.98 1756.18 1845.09 7287.36
表2
结合表1和表2可以看出本发明的卧式管壳式换热器(第一换热器)的四段管程的换热系数相较于市场上普通的卧式管壳式换热器(第二换热器)的换热效率明显提升。
可选地，如图2所示，扰流部140包括多个扰流凸起。多个扰流凸起均匀设置于第一孔板110的避让第一节流孔111的板面上，和/或，设置于机壳100的与第一孔板110相对的内壁上。气液两相的冷媒通过喷射的方式喷入第一间室101，由于第一间室101内设有多个扰流凸起，使得冷媒气流被扰动而发生紊乱，进而使气液两相的冷媒均匀且充分地进行混合。避免了液态的冷媒在第一间室101的下部分布过多，并且能够使气液两相的冷媒均匀且充分地混合。
示例性地，第一孔板110的避让第一节流孔111的板面上和机壳100的与第一孔板110相对的内壁上均设有扰流凸起，并且第一孔板110上的扰流凸起和机壳100内壁上的扰流凸起相对设置。这样采用上述布置方式能够提高扰流效果。
可选地，扰流凸起的表面呈弧面，减小冷媒气流冲击扰流凸起时的阻力，从而使扰流凸起更好地扰动冷媒气流。
可选地，扰流凸起被构造为镂空的凸起。冷媒气流从镂空处不断进出扰流凸起，冷媒气流的流通更加紊乱。扰流凸起采用镂空设计能够提高扰流的效果，使得气液两相的冷媒更加充分混合。
进一步地，可选地，镂空的扰流凸起的中部增设隔断，隔断可以横向或竖向设置，镂空区域的冷媒可以从隔断处流出。这样通过隔断能够防止镂空区域存蓄冷媒。
可选地，喷射部130包括扩缩喷嘴，扩缩喷嘴的喷嘴端设置于冷媒入口内，扩缩喷嘴的注入端连通于机壳100外的冷媒源。机壳100外的冷媒通过注入端进入扩缩喷嘴，并从喷嘴端喷入第一间室101。通过喷射的方式可避免由于重力作用而导致液态的冷媒在第一间室101的下部分布过多的情况。
在一些实施例中，第一孔板110和第二孔板120均竖向设置于机壳100内。由于机壳100为筒体状，故竖向设置的第一孔板110和第二孔板120均被构造为与机壳100的内径相适配的圆形板件。并且，第一孔板110和第二孔板120的侧壁贴靠机壳100的内壁，防止第一间室101的冷媒从第一孔板110与机壳100的连接处进入匀流空间1021，防止匀流空间1021的冷媒从第二孔板120与机壳100的连接处进入安装空间1022。
示例性地，冷媒入口设置于机壳100的第一端的底部，第一孔板110靠近机壳100的第一端设置。第一孔板110和机壳100的第一端之间称为第一间室101，第一孔板110和第二端之间称为第二间室102，其中冷媒入口位于第一间室101内。第二孔板120设置于第二间室102内且靠近第一孔板110，第二孔板120与第一孔板110之间称为匀流空间1021，第二孔板120和机壳100的第二端之间称为安装空间1022。
可选地，多个第一节流孔111沿圆周方向开设于第一孔板110。
示例性地，如图5所示，第一孔板110为圆形板件，第一孔板110的板面上具有两个与第一孔板110同心的圆周轨迹。多个第一节流孔111沿着两个圆周轨迹均匀开设。
可选地，多个第二节流孔121沿圆周方向开设于第二孔板120。
示例性地，如图6所示，第二孔板120为圆形板件，第二孔板120的板面上具有五个与第二孔板120同心的圆周轨迹。多个第二节流孔121沿着五个圆周轨迹均匀开设。
可选地，第二节流孔121的孔径小于第一节流孔111的孔径。第一节流孔111和第二节流孔121的作用均是节流降压增速，通过合理的孔径设置使第一间室101内均匀混合的气液两相冷媒通过第一节流孔111后形成雾状的冷媒，雾状的冷媒通过第二节流孔121后以雾状流型或环状流型在换热管150内流通。这样多个换热管150内的气液两相的冷媒均匀分布，并且换热效率得到显著提高。
可选地，第一节流孔111为圆形孔，其孔径大小在1mm至4mm之间。第一节流孔111的孔径可以为1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm中的任一数值。
示例性地，第一节流孔111的直径为3mm，第一孔板110为直径为240mm的圆形板件，其板面上具有两个与第一孔板110同心的圆周轨迹。一个圆周轨迹的直径为80mm，相邻第一节流孔111之间的圆心角为23°；另一个圆周轨迹的直径为160mm，相邻第一节流孔111之间的圆心角为15°。第一节流孔111采用上述布置方式，具有良好的降压增速效果，从而使冷媒经过第一孔板110后在匀流空间1021内形成雾状的冷媒。
可选地，第二节流孔121为圆形孔，其孔径大小在1mm至2mm之间。第二节流孔121的孔径可以为1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.7mm、1.9mm、2mm中的任一数值。
示例性地，第二节流孔121的直径为1.3mm，第二孔板120为直径为240mm的圆形板件，其板面上具有五个与第二孔板120同心的圆周轨迹。最近圆心的圆周轨迹的直径为40mm，其余四个圆周轨迹的直径以40mm为公差依次递增。开设于最近圆心的圆周轨迹上的相邻的第二节流孔121之间的圆心角为23°；开设于最远离圆心的圆周轨迹上的相邻的第二节流孔121之间的圆心角为3.5°。第二节流孔121采用上述布置方式，具有良好的节流增速效果，从而使雾状的冷媒经过第二孔板120后降压增速并且达到临界声速。达到临界声速的气液混合冷媒在换热管150内以雾状流型或环状流型流通，从而有效提高了冷媒的换热系数。
可选地，每一换热管150的入口处的管段内套有一个分流毛细管151。每一换热管150的入口连通于一个第二节流孔121，通过在换热管150的入口处的管段内套一个分流毛细管151，起到了增强均匀分流效果的作用。
本公开实施例还提供了一种换热机组，包括上述任一实施例的卧式管壳式换热器。
以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开的实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种卧式管壳式换热器，其特征在于，包括：
机壳(100)，内部设有多个换热管(150)，且机壳(100)一端的底部设有冷媒入口；
分配组件，设置于所述机壳(100)内，包括第一孔板(110)；所述第一孔板(110)将所述机壳(100)的内部分隔为第一间室(101)和第二间室(102)，且所述冷媒入口位于所述第一间室(101)内，所述换热管(150)设置于所述第二间室(102)内；
扰流组件，包括喷射部(130)和扰流部(140)；所述喷射部(130)设置于所述冷媒入口，用以将气液两相的冷媒喷入所述第一间室(101)；所述扰流部(140)设置于所述第一间室(101)内，用以扰动喷入所述第一间室(101)的冷媒气流使其均匀混合；
其中，所述第一孔板(110)开设有多个第一节流孔(111)，所述第一间室(101)内的冷媒通过多个所述第一节流孔(111)进入所述第二间室(102)的换热管(150)；
所述分配组件还包括：
第二孔板(120)，设置于所述第二间室(102)内，且开设有多个第二节流孔(121)；所述第二孔板(120)将所述第二间室(102)分隔为匀流空间(1021)和安装空间(1022)；
其中，所述匀流空间(1021)通过所述第一节流孔(111)与所述第一间室(101)相连通；多个所述换热管(150)设置于安装空间(1022)内，且每一所述换热管(150)的入口与一个所述第二节流孔(121)相连通；所述匀流空间(1021)内的冷媒通过多个所述第二节流孔(121)后达到临界声速并进入对应的所述换热管(150)，从而以雾状流型或环状流型在所述换热管(150)内流通；
所述扰流部(140)包括：
多个扰流凸起，设置于所述第一孔板(110)的避让所述第一节流孔(111)的板面上，和/或，设置于所述机壳(100)的与所述第一孔板(110)相对的内壁上。
2.根据权利要求1所述的卧式管壳式换热器，其特征在于，
所述第二节流孔(121)的孔径小于所述第一节流孔(111)的孔径。
3.根据权利要求1或2所述的卧式管壳式换热器，其特征在于，
多个所述第一节流孔(111)沿圆周方向开设于所述第一孔板(110)；和/或，
多个所述第二节流孔(121)沿圆周方向开设于所述第二孔板(120)。
4.根据权利要求1或2所述的卧式管壳式换热器，其特征在于，
每一所述换热管(150)的入口处的管段内套有一个分流毛细管(151)。
5.根据权利要求1或2所述的卧式管壳式换热器，其特征在于，
所述第一孔板(110)和所述第二孔板(120)均竖向设置于所述机壳(100)内。
6.根据权利要求1或2所述的卧式管壳式换热器，其特征在于，
所述扰流凸起被构造为镂空的凸起。
7.根据权利要求1或2所述的卧式管壳式换热器，其特征在于，所述喷射部(130)包括：
扩缩喷嘴，其喷嘴端设置于所述冷媒入口内。
8.一种换热机组，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的卧式管壳式换热器。
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